CN109733197A - 车辆冲坡行驶中的节能控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆冲坡行驶中的节能控制方法及系统，属于车辆节能技术领域，所述方法包括：采集与冲坡行驶相关的地理信息；建立冲坡操作物理模型；基于车辆发动机的当前工作状态、地理信息及车辆参数，计算发动机的坡底工作状态及坡顶工作状态，并确定车辆所属的冲坡情境类型；基于所述冲坡操作物理模型，计算出车辆由坡底保持不掉档行驶到坡顶所应当具有的坡底车速；将计算得出的所述坡底车速以语音形式提示驾驶员；驾驶员基于收到的坡底车速提示，将车辆抵达坡底时的速度调整为所述坡底车速。此外，本发明还提供了一种车辆冲坡行驶中的节能控制系统。本发明的技术方案能够在保证车辆顺利爬坡的前提下，降低燃油消耗，具有节能减排效果。

Description

车辆冲坡行驶中的节能控制方法及系统

技术领域

本发明属于车辆节能技术领域，具体而言，涉及一种车辆冲坡行驶中的节能控制方法及系统。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

车辆行驶过程中经常遇到爬坡情况，如何根据实际爬坡情况，准确、及时地提示驾驶员做出合理操作以降低冲坡过程中的燃油消耗是节能驾驶中需要解决的问题之一。现有技术中：一方面，车辆爬坡过程中的坡底速度无法精准控制，坡底速度往往过大或者不足，坡底速度过大必然造成燃油消耗量大、气体排放量大、容易造成污染，坡底速度不足则导致爬坡困难以及其它安全风险；另一方面，车辆爬坡过程中常涉及档位变换，控制过程比较繁琐，不够便捷，也容易出现各种意外。

根据发动机万有特性曲线图可知，车辆发动机工作区域分为最优区和次优区，当发动机工作在最优区时，燃油消耗量较低，此时车辆状态即为工作在最优区。车辆爬坡过程中，如何使发动机尽可能一直工作在最优区，从而降低车辆燃油消耗，成为车辆行驶中一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种车辆冲坡行驶中的节能控制方法及系统，目的是至少解决上述现有技术中存在的问题之一，该目的是通过以下技术方案实现的：

一种车辆冲坡行驶中的节能控制方法，所述节能控制方法包括：

S1:采集与车辆冲坡行驶相关的地理信息，所述地理信息包括车辆当前位置与坡底之间的距离信息以及坡道信息；

S2:基于所述地理信息，建立车辆的冲坡操作物理模型；

S3:基于车辆当前位置的当前工作状态、采集的地理信息和车辆参数，计算坡底处的坡底工作状态以及坡顶处的坡顶工作状态，分析和确定车辆所属的冲坡情境类型；

S4:基于所述冲坡操作物理模型，计算出车辆由坡底不掉档行驶到坡顶所应当具有的坡底车速；

S5:将计算得出的所述坡底车速以语音形式发送给驾驶员，进行提示；

S6:基于所述坡底车速，将车辆抵达坡底时的速度调整到所述坡底车速。

进一步地，基于GPS进行地理信息采集，且所述坡道信息包括坡度角和坡道长度。

进一步地，所述冲坡操作物理模型还涉及车辆参数，且所述车辆参数包括车辆质量、主减速比、最高档传动比、车辆滚动半径、车辆旋转质量换算系数、迎风面积、机械效率、摩擦阻力系数和空气阻力系数。

进一步地，车辆冲坡行驶包括两个阶段：车辆从当前位置加速行驶至坡底的过程为第一阶段，车辆从坡底冲到坡顶的过程为第二阶段，并且将所述第一阶段的运动简化为匀加速运动、将所述第二阶段的运动简化为匀减速运动。

进一步地，所述坡底车速为：

其中，表达式中各参数含义：i₀为车辆的主减速比，i_g为当前档位的传动比，η_T为机械效率，r为车轮滚动半径，v₀为车辆当前车速，T₀为车辆当前位置处发动机转矩，l₀为车辆当前位置到坡顶的距离，m为车辆质量，g为重力加速度，f为摩擦阻力系数，θ为坡度角，δ为车辆旋转质量换算系数，C_D为空气阻力系数，A为迎风面积。

进一步地，车辆到达坡底时发动机输出转矩为：发动机转速为：其中

车辆到达坡顶时发动机输出转矩为：发动机转速为：其中

其中，表达式中各参数含义：i₀为车辆的主减速比，i_g为当前档位的传动比，η_T为机械效率，r为车轮滚动半径，T_m为车辆加速至坡底时发动机转矩，n_m为车辆加速至坡底时发动机转速，l₀为车辆当前位置到坡顶的距离，l₁为坡底到坡顶的距离，T_n为车辆冲到坡顶时发动机输出转矩，n_n为车辆冲坡后到达坡顶时发动机转速，为车辆质量，g为重力加速度，f为摩擦阻力系数，θ为坡度角，δ为车辆旋转质量换算系数，C_D为空气阻力系数，A为迎风面积，v₀为车辆当前位置处车速，n₀为车辆当前位置处发动机转速，T₀为车辆当前位置处发动机输出转矩，a₁为第一阶段车辆运行的加速度，a₂为第二阶段车辆运行的加速度。

进一步地，车辆发动机的工作状态包括最优区和次优区，车辆的冲坡情境类型包括：

第一冲坡情景：所述当前工作状态位于最优区，所述坡底工作状态位于最优区，所述坡顶工作状态位于最优区；

第二冲坡情景：所述当前工作状态位于最优区，所述坡底工作状态位于次优区，所述坡顶工作状态位于最优区；

第三冲坡情景：所述当前工作状态位于最优区，所述坡底工作状态位于最优区，所述坡顶工作状态位于次优区；

第四冲坡情景：所述当前工作状态位于最优区，所述坡底工作状态位于次优区，所述坡顶工作状态位于次优区；

第五冲坡情景：所述当前工作状态位于次优区，所述坡底工作状态位于最优区，所述坡顶工作状态位于最优区；

第六冲坡情景：所述当前工作状态位于次优区，所述坡底工作状态位于次优区，所述坡顶工作状态位于最优区；

第七冲坡情景：所述当前工作状态位于次优区，所述坡底工作状态位于最优区，所述坡顶工作状态位于次优区；

第八冲坡情景：所述当前工作状态位于次优区，所述坡底工作状态位于次优区，所述坡顶工作状态位于次优区；

其中，不同的冲坡情境类型中的所述当前工作状态、所述坡底工作状态以及所述坡顶工作状态具有不同的边界条件和/或取值范围。

进一步地，采用车辆节能驾驶提示装置App进行语音提示。

进一步地，驾驶员根据车辆节能驾驶提示装置App的语音提示、车辆显示器上显示的车速信息、发动机转速信息以及转矩信息调整车速，保证发动机在车辆行进过程中处于最优区。

此外，本发明还提供了一种车辆冲坡行驶中的节能控制系统，所述节能控制系统包括：

地理信息采集单元，用于采集车辆冲坡行驶中的地理信息；

车辆工作状态检测单元，用于检测车辆在当前位置的当前工作状态；

控制单元，所述控制单元基于车辆当前工作状态、加速至坡底时的坡底工作状态以及坡顶处的坡顶工作状态，分析和确定车辆的冲坡情境类型；建立车辆的冲坡操作物理模型，并基于所述冲坡操作物理模型、所述地理信息以及所述冲坡情境类型，计算出车辆由坡底不掉档行驶到坡顶所应当具有的坡底车速；

提示单元，用于将计算得出的所述坡底车速以语音形式提示驾驶员

相对于现有技术，本发明提供的车辆冲坡行驶中的节能控制方法及控制系统，能够在保证车辆顺利爬坡的前提下，降低燃油消耗，从而实现节能减排效果，具体而言，本发明的优点体现在：

1.本发明通过采集及处理地理信息、车辆参数以及车辆的当前工作状态，计算出车辆由坡底保持不掉档行驶到坡顶处所应当具有的坡底车速，并将计算得出的所述坡底车速以语音形式提示驾驶员，驾驶员基于收到的坡底车速提示，调整车速，并将车辆抵达坡底时的速度调整为所述坡底车速，本发明通过提示驾驶员在不发生换挡的前提下进行冲坡，实现了节省燃油、节能环保的效果；

2.本发明通过对车辆冲坡行驶不同阶段的运动类型、发动机万有特性曲线以及车辆受力情况进行了合理简化，便捷准确地计算出了车辆由坡底不掉档行驶到坡顶所应当具有的坡底车速，具有计算负荷小、计算效率高的优点；

3.本发明根据车辆当前状态、坡底状态和坡顶状态对车辆的各类冲坡情景进行全面考虑和科学分类，实现了车辆节能的精确化控制。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明中利用地理信息的车辆节能驾驶提示装置模型建立过程的示意图；

图2为本发明中驾驶员冲坡过程的物理模型示意图；

图3为本发明中车辆工作状态区域划分的示意图；

图4为本发明中简化的发动机万有特性曲线示意图；

图5为本发明中车辆在水平路段和坡道上运行时的受力分析图；

图6为本发明中冲坡情景分类流程的示意图；

图7为本发明中车辆当前位置、坡底处、坡顶处的工作状态均位于最优区时的运行状态示意图；

图8为本发明中车辆当前位置、坡底处、坡顶处的工作状态分别位于最优区、次优区、最优区时的运行状态示意图；

图9为本发明中车辆当前位置、坡底处、坡顶处的工作状态分别位于最优区、最优区、次优区时的运行状态的示意图；

图10为本发明中车辆当前位置、坡底处、坡顶处的工作状态分别位于最优区、次优区、次优区时的运行状态示意图；

图11为本发明中车辆当前位置、坡底处、坡顶处的工作状态分别位于次优区、最优区、最优区时的运行状态示意图；

图12为本发明中车辆当前位置、坡底处、坡顶处的工作状态分别位于次优区、次优区、最优区时的运行状态示意图；

图13为本发明中车辆当前位置、坡底处、坡顶处的工作状态分别位于次优区、最优区、次优区时的运行状态示意图；

图14为本发明中车辆当前位置、坡底处、坡顶处的工作状态均位于次优区时的运行状态示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1-图6所示，本发明提供了一种车辆冲坡行驶中的节能控制方法，其包括：S1:采集与车辆冲坡行驶相关的地理信息，所述地理信息包括车辆当前位置与坡底之间的距离信息以及坡道信息；S2:基于所述地理信息，建立车辆的冲坡操作物理模型；S3:基于车辆当前位置的当前工作状态、采集的地理信息和车辆参数，计算坡底处的坡底工作状态以及坡顶处的坡顶工作状态，分析和确定车辆所属的冲坡情境类型；S4:基于所述冲坡操作物理模型，计算出车辆由坡底不掉档行驶到坡顶所应当具有的坡底车速；S5:将计算得出的所述坡底车速以语音形式发送给驾驶员，进行提示；S6:基于所述坡底车速，将车辆抵达坡底时的速度调整到所述坡底车速。

其中，冲坡是指车辆从当前位置加速至坡底或坡底前某一位置后可保持不掉档行驶到坡顶的过程，进一步地，冲坡过程的物理模型如图2所示，所述冲坡操作物理模型涉及以下参数：车辆的当前工作状态、地理信息、车辆参数、坡底工作状态以及坡顶工作状态。如图2所示，所述地理信息包括车辆当前位置与坡底之间的距离信息以及坡道信息，所述坡道信息包括坡度角和坡道长度；所述车辆参数包括车辆参数包括车辆质量、主减速比、最高档传动比、车辆滚动半径、车辆旋转质量换算系数、迎风面积、机械效率、摩擦阻力系数、空气阻力系数。已知车辆当前位置的车速为v₀，档位为g₀，发动机转速为n₀，发动机输出转矩为T₀，当前位置到坡底的距离为l₀，坡长为l₁，由于车辆在整个“冲坡”过程中不变换档位，那么车辆在坡底和坡顶时档位均为g₀。车辆相关参数如下表1所示：

表1车辆相关参数汇总

如图3所示，根据发动机万有特性曲线，将发动机工作区划分为最优区和次优区，分别对应车辆工作状态的最优区和次优区，本发明中定义最优区为1区，次优区为2区。

假设车辆在当前位置运行到坡顶过程中车轮无打滑现象的发生，同时不考虑前后轴荷转移及引起的其它问题。为了简化计算，如图4所示，将发动机万有特性曲线进行简化，其中n_{1_max},T_{1_max}为1区边界处发动机最高转速和转矩，n_{1_min},T_{1_min}为1区边界处发动机最低转速和转矩，n_{2_max},T_{2_max}为2区边界处发动机最高转速和转矩，n_{2_min},T_{2_min}为2区边界处发动机最低转速和转矩。将车辆整个冲坡过程分为两个阶段：车辆从当前位置加速至坡底时为第一阶段，车辆从坡底冲到坡顶时为第二阶段，并且，将所述第一阶段的运动简化为匀加速运动，所述第二阶段的运动简化为匀减速运动。如图5所示，对车辆在水平路面和坡道上运行时进行受力分析。

已知车辆的主减速比为i₀，当前档位的传动比为i_g，最高档位对应的发动机转速范围为[n_min,n_max]，摩擦阻力系数为f，空气阻力系数为C_D，迎风面积为A，机械效率为η_T，车轮滚动半径为r，坡度角为θ，旋转质量换算系数为δ。设定车辆当前位置的车速为v₀，发动机转速和转矩分别为n₀,T₀；车辆加速至坡底时的车速为v_m，发动机转速和转矩分别为n_m,T_m；车辆冲坡后到达坡顶时车速为v_n，发动机转速和转矩分别为n_n,T_n。时间以s为单位，设第一阶段各时刻发动机输出转速为n_l(t)，车速为v_l(t)，加速度为a₁，对应的路程为l_l(t)，总运行时间为t₁；第二阶段各时刻发动机输出转速为n_c(t)，车速为v_c(t)，加速度为a₂，对应的路程为l_c(t)，总运行时间为t₂。根据受力分析图，分别对第一、二阶段进行分析：

在第一阶段，车辆主要是通过加速运动将动能存储起来，根据汽车行驶方程式，各时刻发动机转速与转矩的关系为：

v_l(t)＝v_l(t-1)+a₁ t∈[0,t₁]

由上，求得坡底处车速为发动机转速为 发动机转矩为其中

在第二阶段，主要利用存储的动能用于克服坡道阻力做功等，根据汽车行驶方程式，各时刻发动机转速与转矩的关系为：

v_c(t)＝v_c(t-1)+a₂ t∈[t₁,t₁+t₂]

由上，求得坡底处 其中发动机转矩

当车辆工作在最优区时，发动机转速n_e和转矩T_e的取值区域设为Ω₁，即：

Ω₁＝(n_e(t),T_e(t))∈{(n_e,T_e)|n_{1_min}≤n_e≤n_{1_max},T_{1_min}≤T_e≤T_{1_max}}

当车辆工作在次优区时，发动机转速n_e和转矩T_e的取值区域设为Ω₂，即：

进一步地，如图3、图4所示，将所述当前工作状态、所述坡底工作状态、所述坡顶工作状态划分为最优区(1区)和次优区(2区)；如图6及图7-图14所示，所述冲坡情境类型分为以下几种：

第一冲坡情景：所述当前工作状态位于最优区，所述坡底工作状态位于最优区，所述坡顶工作状态位于最优区；

第二冲坡情景：所述当前工作状态位于最优区，所述坡底工作状态位于次优区，所述坡顶工作状态位于最优区；

第三冲坡情景：所述当前工作状态位于最优区，所述坡底工作状态位于最优区，所述坡顶工作状态位于次优区；

第四冲坡情景：所述当前工作状态位于最优区，所述坡底工作状态位于次优区，所述坡顶工作状态位于次优区；

第五冲坡情景：所述当前工作状态位于次优区，所述坡底工作状态位于最优区，所述坡顶工作状态位于最优区；

第六冲坡情景：所述当前工作状态位于次优区，所述坡底工作状态位于次优区，所述坡顶工作状态位于最优区；

第七冲坡情景：所述当前工作状态位于次优区，所述坡底工作状态位于最优区，所述坡顶工作状态位于次优区；

第八冲坡情景：所述当前工作状态位于次优区，所述坡底工作状态位于次优区，所述坡顶工作状态位于次优区；

其中，不同冲坡情境类型的所述当前工作状态、所述坡底工作状态以及所述坡顶工作状态对应不同的边界条件或取值范围。

如图7-图14所示，下面根据八种具体冲坡情境进行详细分析：

第一冲坡情景：车辆当前状态位于1区，加速至坡底时车辆状态位于1区，冲坡后车辆状态仍在1区，运行状态如图7所示。

基于所述的受力分析，得到车速v_m为：

车辆达到坡底处发动机转矩和转速分别为：

车辆达到坡顶处发动机转矩和转速分别为：

此时，发动机输出转速和转矩若满足：(n₀,T₀)∈Ω₁,(n_m,T_m)∈Ω₁,(n_n,T_n)∈Ω₁,n₀∈[n_min,n_max],n_m∈[n_min,n_max],n_n∈[n_min,n_max]，则属于第一冲坡情景，此时坡底处车速

第二冲坡情景：车辆当前状态位于1区，加速至坡底时车辆状态位于2区，冲坡后车辆状态仍在1区，运行状态如图8所示。

在第一阶段，车辆加速后导致发动机转速和转矩超出最优工作区，存在一个临界时刻t_c使得车辆工作状态由最优区变为次优区，则各时刻发动机转速与转矩的关系为：

v_l(t)＝v_l(t-1)+a₁ t∈[0,t₁]

各时刻发动机转速和转矩需满足：

在第二阶段，由于车辆在坡底时的工作状态位于2区，而冲坡后车辆状态位于1区，存在一个临界时刻t_d使得车辆工作状态由次优区变为最优区，则各时刻发动机转速与转矩的关系为：

v_c(t)＝v_c(t-1)+a₂ t∈[t₁,t₁+t₂]

各时刻发动机转速和转矩需满足：

基于所述的受力分析，得到车速v_m为：

车辆达到坡底处发动机转矩和转速分别为：

车辆达到坡顶处发动机转矩和转速分别为：

此时，发动机输出转速和转矩若满足(n₀,T₀)∈Ω₁,(n_m,T_m)∈Ω₂,(n_n,T_n)∈Ω₁,n₀∈[n_min,n_max],n_m∈[n_min,n_max],n_n∈[n_min,n_max]，则属于第二冲坡情景，此时坡底处车速

第三冲坡情景：车辆当前状态位于1区，加速至坡底时车辆状态位于1区，冲坡后车辆状态在2区，运行状态如图9所示。

在第一阶段，车辆在初始位置、坡底时状态均位于最优区，各时刻发动机转速与转矩的关系与第一冲坡情景中的第一阶段一致。

在第二阶段，由于车辆在坡底时的工作状态位于1区，而冲坡后车辆状态在2区，存在一个临界时刻t_d使得车辆工作状态由最优区变为次优区，则各时刻发动机转速与转矩的关系为：

v_c(t)＝v_c(t-1)+a₂ t∈[t₁,t₁+t₂]

各时刻发动机转速和转矩需满足：

基于所述的受力分析，得到车速v_m为：

车辆达到坡底处发动机转矩和转速分别为：

车辆达到坡顶处发动机转矩和转速分别为：

此时，发动机输出转速和转矩若满足：(n₀,T₀)∈Ω₁,(n_m,T_m)∈Ω₁,(n_n,T_n)∈Ω₂,n₀∈[n_min,n_max],n_m∈[n_min,n_max],n_n∈[n_min,n_max]时，则属于第三种冲坡情景，此时坡底处车速

第四冲坡情景：车辆当前状态位于1区，加速至坡底时车辆状态位于2区，冲坡后车辆状态在2区，运行状态如图10所示。

在第一阶段，车辆初始状态位于1区，而加速至坡底时位于2区，各时刻发动机转速与转矩的关系与第二冲坡情景中的第一阶段一致。

在第二阶段，在坡底及爬坡后车辆状态均为次优区，各时刻发动机转速与转矩的关系为：

v_c(t)＝v_c(t-1)+a₂ t∈[t₁,t₁+t₂]

各时刻发动机转速和转矩需满足：(n_c(t),T_c(t))∈Ω₂t∈[t₁,t₁+t₂]。

基于所述的受力分析，得到车速v_m为：

车辆达到坡底处发动机转矩和转速分别为：

车辆达到坡顶处发动机转矩和转速分别为：

此时，发动机输出转速和转矩若满足：(n₀,T₀)∈Ω₁,(n_m,T_m)∈Ω₂,(n_n,T_n)∈Ω₂,n₀∈[n_min,n_max],n_m∈[n_min,n_max],n_n∈[n_min,n_max]时，则属于第四种冲坡情景，此时坡底处车速

第五冲坡情景：车辆当前状态位于2区，加速至坡底时车辆状态进入1区，冲坡后车辆状态仍在1区，运行状态如图11所示。

在第一阶段，车辆初始状态位于2区，而加速至坡底时位于1区，存在一个临界时刻t_c使得工作状态由次优区变为最优区，各时刻发动机转速与转矩的关系为：

v_l(t)＝v_l(t-1)+a₁ t∈[0,t₁]

各时刻发动机转速和转矩需满足：

在第二阶段，在坡底及爬坡后车辆状态均为最优区，各时刻发动机转速与转矩的关系与第一冲坡情景中的第二阶段一致。

基于所述的受力分析，得到车速v_m为：

车辆达到坡底处发动机转矩和转速分别为：

车辆达到坡顶处发动机转矩和转速分别为：

此时，发动机输出转速和转矩若满足：(n₀,T₀)∈Ω₂,(n_m,T_m)∈Ω₁,(n_n,T_n)∈Ω₁,n₀∈[n_min,n_max],n_m∈[n_min,n_max],n_n∈[n_min,n_max]，则属于第五冲坡情景，此时坡底处车速

第六冲坡情景：车辆当前状态位于2区，加速至坡底时车辆状态仍在2区，冲坡后车辆状态进入1区，运行状态如图12所示。

在第一阶段，车辆在初始位置、坡底时均工作在次优区，各时刻发动机转速与转矩的关系为：

v_l(t)＝v_l(t-1)+a₁ t∈[0,t₁]

各时刻发动机转速和转矩需满足：(n_l(t),T_l(t))∈Ω₂ t∈[0,t₁]。

在第二阶段，在坡底时车辆状态位于最优区，爬坡后变为次优区，各时刻发动机转速与转矩的关系与第二冲坡情景中的第二阶段一致。

基于所述的受力分析，得到车速v_m为：

车辆达到坡底处发动机转矩和转速分别为：

车辆达到坡顶处发动机转矩和转速分别为：

此时，发动机输出转速和转矩若满足：(n₀,T₀)∈Ω₂,(n_m,T_m)∈Ω₂,(n_n,T_n)∈Ω₁,n₀∈[n_min,n_max],n_m∈[n_min,n_max],n_n∈[n_min,n_max]，则属于第六冲坡情景，此时坡底处车速

第七冲坡情景：车辆当前状态位于2区，加速至坡底时车辆状态进入1区，冲坡后车辆状态在2区，运行状态如图13所示。

在第一阶段，车辆初始状态位于2区，而加速至坡底时位于1区，各时刻发动机转速与转矩的关系与第五冲坡情景中的第一阶段一致。

在第二阶段，在坡底时车辆状态位于最优区，爬坡后变为次优区，各时刻发动机转速与转矩的关系与第三冲坡情景中的第二阶段一致。

基于所述的受力分析，得到车速v_m为：

车辆达到坡底处发动机转矩和转速分别为：

车辆达到坡顶处发动机转矩和转速分别为：

此时，发动机输出转速和转矩若满足：(n₀,T₀)∈Ω₂,(n_m,T_m)∈Ω₁,(n_n,T_n)∈Ω₂,n₀∈[n_min,n_max],n_m∈[n_min,n_max],n_n∈[n_min,n_max]，则属于第七冲坡情景，此时坡底处车速

第八冲坡情景：车辆当前状态位于2区，加速至坡底时车辆状态仍在2区，冲坡后车辆状态仍只能在2区，运行状态如图14所示。

若整个阶段中车辆均工作在次优区时，在第一阶段，各时刻发动机转速与转矩的关系与第六冲坡情景中的第一阶段一致；在第二阶段，各时刻发动机转速与转矩的关系与第四冲坡情景中的第二阶段一致。

若整个阶段中存在一段时间车辆工作状态处于最优区，其它时刻均处于次优区，则在第一阶段，存在一段中间时刻[t_m,t_n]∈[0,t₁]使得车辆工作在最优区，此时各时刻发动机转速和转矩需满足：

在第二阶段，存在一段中间时刻[t_s,t_z]∈[t₁,t₁+t₂]使得车辆工作在最优区，此时各时刻发动机转速和转矩需满足：

基于所述的受力分析，得到车速v_m为：

车辆达到坡底处发动机转矩和转速分别为：

车辆达到坡顶处发动机转矩和转速分别为：

此时，发动机输出转速和转矩若满足：(n₀,T₀)∈Ω₂,(n_m,T_m)∈Ω₂,(n_n,T_n)∈Ω₂,n₀∈[n_min,n_max],n_m∈[n_min,n_max],n_n∈[n_min,n_max]，则属于第八冲坡情景，此时坡底处车速

应当指出的是，车辆当前位置处的当前工作状态、地理信息、车辆参数一旦已知，此时车辆运行过程中所属的冲坡情景类型即可确定并且是唯一的，每种冲坡情景类型下得到的坡底速度一致，所述坡底速度仅由车辆初始车速、车辆当前位置处发动机转矩、当前位置到坡顶的距离及车辆基本参数决定；不同的是不同冲坡情景类型下所能达到的节油效果不同，这是由车辆初始工作状态及地理信息所决定的。

根据本发明的一个实施例，可选用车辆节能驾驶提示装置App进行语音提示。此外，根据本发明的一个实施例，如图1所示，驾驶员是根据车辆节能驾驶提示装置App的语音提示、车辆显示器上显示的车速信息、发动机转速信息以及转矩信息，通过操作油门等执行器来调整车速，保证车辆在行进过程中尽可能处于最优区，以降低燃油消耗。

此外，本发明还提供了一种车辆冲坡行驶中的节能控制系统，其包括：地理信息采集单元，用于采集车辆冲坡行驶中的地理信息；车辆工作状态采集单元，用于采集车辆的当前工作状态、坡底工作状态以及坡顶工作状态；控制单元，用于基于所述地理信息、所述当前工作状态、所述坡底工作状态、所述坡顶工作状态以及已知的车辆参数，计算得出车辆由坡底保持不掉档行驶到坡顶处所应当具有的坡底车速；提示单元，用于将所述坡底车速以语音形式提示驾驶员，其中，优选地，所述提示单元选用车辆节能驾驶提示装置App。

相对于现有技术，本发明提供的车辆冲坡行驶中的节能控制方法及系统，能够在保证车辆顺利爬坡的前提下，降低燃油消耗，从而实现节能减排效果，具体而言，本发明提供的技术方案通过采集和处理地理信息、车辆参数、车辆的当前工作状态、坡底工作状态以及坡顶工作状态，计算出车辆由坡底保持不掉档行驶到坡顶处所应当具有的坡底车速，并将计算得出的所述坡底车速以语音形式提示驾驶员，驾驶员基于收到的坡底车速提示，调整车速，并将车辆抵达坡底时的速度调整为所述坡底车速，换言之，通过提示驾驶员在不发生换挡的前提下进行冲坡，具有节省燃油消耗、利于节能环保的优点；本发明提供的技术方案对发动机万有特性曲线和受力情况作了合理简化，具有计算负荷小、计算效率高的优点；本发明提供的技术方案根据车辆当前状态、坡底状态和坡顶状态对冲坡情景进行全面考虑并进行科学分类，实现了车辆节能的精确化控制。此外，应用实践表明，本发明提供的车辆冲坡行驶中的节能控制方法及系统，对于车辆驾驶员简捷易懂、可操作性强、实用性好，有效降低了冲坡风险，具有良好的实用价值和社会价值。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一种”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种车辆冲坡行驶中的节能控制方法，其特征在于，所述节能控制方法包括：

S1：采集与车辆冲坡行驶相关的地理信息，所述地理信息包括车辆当前位置与坡底之间的距离信息以及坡道信息；

S2：基于所述地理信息，建立车辆的冲坡操作物理模型；

S3：基于车辆当前位置的当前工作状态、采集的地理信息和车辆参数，计算坡底处的坡底工作状态以及坡顶处的坡顶工作状态，分析和确定车辆所属的冲坡情境类型；

S4：基于所述冲坡操作物理模型，计算出车辆由坡底不掉档行驶到坡顶所应当具有的坡底车速；

S5：将计算得出的所述坡底车速以语音形式发送给驾驶员，进行提示；

S6：基于所述坡底车速，将车辆抵达坡底时的速度调整到所述坡底车速。

2.根据权利要求1所述的车辆冲坡行驶中的节能控制方法，其特征在于，基于GPS进行地理信息采集，且所述坡道信息包括坡度角和坡道长度。

3.根据权利要求1所述的车辆冲坡行驶中的节能控制方法，其特征在，所述冲坡操作物理模型还涉及车辆参数，且所述车辆参数包括车辆质量、主减速比、最高档传动比、车辆滚动半径、车辆旋转质量换算系数、迎风面积、机械效率、摩擦阻力系数和空气阻力系数。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的车辆冲坡行驶中的节能控制方法，其特征在于，车辆冲坡行驶包括两个阶段：车辆从当前位置加速行驶至坡底的过程为第一阶段，车辆从坡底冲到坡顶的过程为第二阶段，并且将所述第一阶段的运动简化为匀加速运动、将所述第二阶段的运动简化为匀减速运动。

5.根据权利要求4所述的车辆冲坡行驶中的节能控制方法，其特征在于，所述坡底车速为：

其中，表达式中各参数含义：i₀为车辆的主减速比，i_g为当前档位的传动比，η_T为机械效率，r为车轮滚动半径，v₀为车辆当前车速，T₀为车辆当前位置处发动机转矩，l₀为车辆当前位置到坡顶的距离，m为车辆质量，g为重力加速度，f为摩擦阻力系数，θ为坡度角，δ为车辆旋转质量换算系数，C_D为空气阻力系数，A为迎风面积。

6.根据权利要求4所述的车辆冲坡行驶中的节能控制方法，其特征在于，

车辆到达坡底时发动机输出转矩为：发动机转速为：其中

车辆到达坡顶时发动机输出转矩为：发动机转速为：其中

其中，表达式中各参数含义：i₀为车辆的主减速比，i_g为当前档位的传动比，η_T为机械效率，r为车轮滚动半径，T_m为车辆加速至坡底时发动机转矩，n_m为车辆加速至坡底时发动机转速，l₀为车辆当前位置到坡顶的距离，l₁为坡底到坡顶的距离，T_n为车辆冲到坡顶时发动机输出转矩，n_n为车辆冲坡后到达坡顶时发动机转速，m为车辆质量，g为重力加速度，f为摩擦阻力系数，θ为坡度角，δ为车辆旋转质量换算系数，C_D为空气阻力系数，A为迎风面积，v₀为车辆当前位置处车速，n₀为车辆当前位置处发动机转速，T₀为车辆当前位置处发动机输出转矩，a₁为第一阶段车辆运行的加速度，a₂为第二阶段车辆运行的加速度。

7.根据权利要求5或6所述的车辆冲坡行驶中的节能控制方法，其特征在于，车辆发动机的工作状态包括最优区和次优区，车辆的冲坡情境类型包括：

第一冲坡情景：所述当前工作状态位于最优区，所述坡底工作状态位于最优区，所述坡顶工作状态位于最优区；

第二冲坡情景：所述当前工作状态位于最优区，所述坡底工作状态位于次优区，所述坡顶工作状态位于最优区；

第三冲坡情景：所述当前工作状态位于最优区，所述坡底工作状态位于最优区，所述坡顶工作状态位于次优区；

第四冲坡情景：所述当前工作状态位于最优区，所述坡底工作状态位于次优区，所述坡顶工作状态位于次优区；

第五冲坡情景：所述当前工作状态位于次优区，所述坡底工作状态位于最优区，所述坡顶工作状态位于最优区；

第六冲坡情景：所述当前工作状态位于次优区，所述坡底工作状态位于次优区，所述坡顶工作状态位于最优区；

第七冲坡情景：所述当前工作状态位于次优区，所述坡底工作状态位于最优区，所述坡顶工作状态位于次优区；

第八冲坡情景：所述当前工作状态位于次优区，所述坡底工作状态位于次优区，所述坡顶工作状态位于次优区；

其中，不同的冲坡情境类型中的所述当前工作状态、所述坡底工作状态以及所述坡顶工作状态具有不同的边界条件和/或取值范围。

8.根据权利要求1所述的车辆冲坡行驶中的节能控制方法，其特征在于，采用车辆节能驾驶提示装置App进行语音提示。

9.根据权利要求8所述的车辆冲坡行驶中的节能控制方法，其特征在于，驾驶员根据车辆节能驾驶提示装置App的语音提示、车辆显示器上显示的车速信息、发动机转速信息以及转矩信息调整车速，保证发动机在车辆行进过程中处于最优区。

10.一种车辆冲坡行驶中的节能控制系统，其特征在于，所述节能控制系统包括：

地理信息采集单元，用于采集车辆冲坡行驶中的地理信息；

车辆工作状态检测单元，用于检测车辆在当前位置的当前工作状态；

控制单元，所述控制单元基于车辆当前工作状态、加速至坡底时的坡底工作状态以及坡顶处的坡顶工作状态，分析和确定车辆的冲坡情境类型；建立车辆的冲坡操作物理模型，并基于所述冲坡操作物理模型、所述地理信息以及所述冲坡情境类型，计算出车辆由坡底不掉档行驶到坡顶所应当具有的坡底车速；

提示单元，用于将计算得出的所述坡底车速以语音形式提示驾驶员。